中小跨鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)分析

鐘長(zhǎng)偉

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川，成都，610041)

0 引言

隨著鋼混組合梁橋建造技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用范圍從簡(jiǎn)支梁橋逐漸擴(kuò)展到連續(xù)梁橋、斜拉橋等多種復(fù)雜橋型[1]。其中，鋼混組合連續(xù)梁橋的應(yīng)用最為廣泛，該橋型正彎矩區(qū)上緣橋面板混凝土受壓，下緣鋼梁受拉，充分發(fā)揮了混凝土和鋼材各自的材料性能優(yōu)勢(shì)；但其墩頂負(fù)彎矩區(qū)域上緣橋面板混凝土受拉易開(kāi)裂，下緣鋼梁受壓易局部失穩(wěn)，無(wú)法較好地發(fā)揮兩種材料的力學(xué)性能[2]。此外，鋼混組合連續(xù)梁橋多用于跨越立交，受下方交通、管線等制約因素較多，為適應(yīng)邊界條件，常采用局部異型結(jié)構(gòu)或下部墩柱特殊設(shè)計(jì)，梁體受力較為復(fù)雜，建造難度較大。基于此，本文結(jié)合某在建高速公路匝道橋，開(kāi)展鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)分析，以期為類(lèi)似梁橋建造提供參考。

1 工程概況

某在建高速公路匝道橋，連續(xù)上跨下方匝道和既有快速道路，局部位于R=200m的圓曲線上。考慮邊界條件限制及結(jié)構(gòu)抗傾覆的穩(wěn)定性，采用上部結(jié)構(gòu)孔跨（30+50+35）m的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)；另考慮底層快速道路交通量大，在項(xiàng)目建設(shè)期間有保通需求，不宜采用施工工期較長(zhǎng)、對(duì)交通干擾較大的搭架現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，故選擇鋼混組合連續(xù)梁橋。

該橋下部2號(hào)橋墩（第2、3跨間）受底層道路邊界限制，采用雙柱式圓柱墩，斜交約30度布設(shè)。考慮上部梁體位于曲線段，不利于墩頂中支點(diǎn)鋼橫梁及相鄰加強(qiáng)橫梁順橋墩斜向布設(shè)，另為避免斜交布設(shè)焊接困難且殘余應(yīng)力較大，該橋采用橫梁徑向布設(shè)，斜橋正做方案，以盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)便于施工，在左右主梁對(duì)應(yīng)橋墩位置分別設(shè)置單支座，如圖1所示。

圖1 2號(hào)墩頂主梁布設(shè)圖

2 總體建造方案

該橋上部梁體鋼梁可分節(jié)段在工廠完成預(yù)制，運(yùn)至橋位處再拼裝，僅需在快速吊裝、全橋主梁栓接成型期間臨時(shí)封閉交通，之后在設(shè)有安全棚架保障底層交通運(yùn)營(yíng)安全前提下，有序進(jìn)行橋面施工，如澆筑橋面板混凝土和施工橋面鋪裝及護(hù)欄等，整個(gè)建設(shè)期間對(duì)下方道路交通影響較小，且施工工期相對(duì)較短。

匝道橋?qū)?0.5m，單向兩車(chē)道，采用箱形截面雙主梁，如圖2所示。頂層為混凝土橋面板厚18cm，下緣為鋼箱梁，主梁中心間距6.50m，箱寬2.00m，鋼梁高2.22m。鋼箱梁頂?shù)装寮案拱逖乜v橋向根據(jù)結(jié)構(gòu)受力采用不同的板件厚度，以合理節(jié)約工程造價(jià)。

圖2 跨中標(biāo)準(zhǔn)截面圖（單位：mm）

組合梁上下之間的連接是橋梁建造的關(guān)鍵，該橋在鋼主梁之間及兩外側(cè)翼緣采用薄鋼板，與鋼箱梁頂板形成完整的橋面板底鋼板，既可作為橋面板混凝土的澆筑底模，又可在鋼板上縱向密布開(kāi)孔板剪力連接件，將頂板混凝土與下緣鋼梁牢固連接，確保上下之間不產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，有效組合形成整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，順橋向間隔設(shè)置橫梁，使左右主梁形成整體受力。

3 鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)

3.1 負(fù)彎矩區(qū)關(guān)鍵建造技術(shù)

連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)段頂板混凝土受拉而易產(chǎn)生開(kāi)裂，影響結(jié)構(gòu)的耐久性與使用性能。大跨結(jié)構(gòu)為減小或抵消負(fù)彎矩產(chǎn)生的橋面板拉應(yīng)力，常采用預(yù)加荷載法、調(diào)整支點(diǎn)標(biāo)高法或施加預(yù)應(yīng)力法等措施，給負(fù)彎矩區(qū)混凝土板施加一定的壓應(yīng)力。

3.1.1 裂縫控制技術(shù)

該橋?yàn)橹行】鐝剑?fù)彎矩不大。研究表明將混凝土板的裂縫寬度限制在容許值范圍內(nèi)，即可滿足結(jié)構(gòu)的耐久性要求。鋼混組合梁橋設(shè)計(jì)理念也由早期的不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力或開(kāi)裂，轉(zhuǎn)變?yōu)樵试S開(kāi)裂并控制裂縫寬度[3]。該橋采用適當(dāng)梁高（2.4m）及適當(dāng)加厚中支點(diǎn)頂鋼板厚度至26mm，有效降低頂板應(yīng)力，同時(shí)在橋面板中配置適當(dāng)鋼筋，根據(jù)計(jì)算，中支點(diǎn)處橋面板裂縫最大寬度為0.14mm，已滿足容許值要求，可不采用前述措施抵抗負(fù)彎矩。

3.1.2 負(fù)彎矩控制研究

值得注意的是，鋼混組合連續(xù)梁橋常采用橋面板縱向分段澆筑施工，即先澆筑中跨正彎矩區(qū)段及兩端邊跨橋面板混凝土，待其達(dá)到一定強(qiáng)度后，再澆筑剩余負(fù)彎矩區(qū)段橋面板混凝土。此法可有效改善跨中鋼箱頂板應(yīng)力，同時(shí)，由于混凝土的收縮徐變作用，也可在中支點(diǎn)附近產(chǎn)生一定的反向彎矩，利于減小負(fù)彎矩帶來(lái)的影響，但效果有限。結(jié)合該橋?qū)嶋H情況，采用整體澆筑混凝土板，中支點(diǎn)處單梁彎矩15525kN·m；采用分段澆筑，中支點(diǎn)處對(duì)應(yīng)彎矩15373kN·m，負(fù)彎矩僅減小1%。

3.2 鋼箱梁關(guān)鍵建造技術(shù)

3.2.1 底板翼緣穩(wěn)定控制技術(shù)

鋼混組合連續(xù)梁橋負(fù)彎矩區(qū)下緣鋼梁底板翼緣受壓，存在局部屈曲的危險(xiǎn)，通常需將底鋼板加厚，但若鋼板過(guò)厚，則會(huì)導(dǎo)致焊接困難、焊接應(yīng)力和變形過(guò)大以及厚板效應(yīng)降低鋼材強(qiáng)度等系列問(wèn)題；對(duì)大跨結(jié)構(gòu)，可將負(fù)彎矩區(qū)底鋼板改為鋼混組合底面板，充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[4]。

該橋鋼箱梁的箱室寬度較小，在全橋拉通設(shè)置的三道底板縱向加勁肋作用下，同時(shí)考慮局部穩(wěn)定及剪力滯影響，計(jì)算得知其底板有效寬度已接近上限值。為適當(dāng)控制底鋼板厚度并有效降低其應(yīng)力，在負(fù)彎矩區(qū)段加密設(shè)置底板縱向加勁肋，以增大底板有效截面面積，提高其受力性能與穩(wěn)定安全，如圖3所示。

圖3 負(fù)彎矩區(qū)段底板有效截面示意圖

根據(jù)模型計(jì)算，加密加勁肋前后，中支點(diǎn)處截面特性及受力分析對(duì)比表1所示。

表1 加密加勁肋前后對(duì)比

3.2.2 頂板翼緣穩(wěn)定控制技術(shù)

在跨中正彎矩區(qū)段，橋面板混凝土硬化形成整體結(jié)構(gòu)參與共同受力之前，鋼梁頂板翼緣受壓也存在局部穩(wěn)定問(wèn)題。通常采用主梁拼裝完成后，先分段澆筑跨中正彎矩區(qū)段混凝土，使該處橋面板混凝土盡早硬化參與后續(xù)恒活載受力，并可結(jié)合計(jì)算適當(dāng)設(shè)置頂板加勁肋以降低頂鋼板應(yīng)力；也有將跨中節(jié)段鋼梁及橋面板整體預(yù)制完成后，再吊裝拼接，此法可避免鋼梁頂板屈曲問(wèn)題，但整體結(jié)構(gòu)較重，對(duì)吊裝施工要求較高。

該橋正彎矩區(qū)段橋面板混凝土澆筑而尚未硬化參與結(jié)構(gòu)受力時(shí)，鋼梁頂板有效截面如圖4（a）所示；待混凝土板硬化形成整體結(jié)構(gòu)后，鋼梁頂板有效截面如圖4（b）所示。

圖4 正彎矩區(qū)段頂鋼板有效截面示意圖

此時(shí)組合梁在一期恒載和二期恒活載作用下，參與受力的截面不同，應(yīng)注意采用應(yīng)力疊加法計(jì)算，并注意核查控制施工階段澆筑跨中橋面板混凝土?xí)r鋼梁的有效截面應(yīng)力水平。該橋分段澆筑跨中正彎矩區(qū)段橋面板時(shí)，鋼梁頂板有效寬度占總寬的31%，有效截面應(yīng)力92.8MPa較小。橋面板硬化參與受力后，鋼梁頂板全截面參與受力，在基本組合作用下抗彎承載力應(yīng)力155.6MPa較為合適。

3.3 橋梁曲線段抗傾覆技術(shù)

該橋位于小半徑曲線，對(duì)于成橋階段，根據(jù)模型分析，其支座脫空驗(yàn)算及結(jié)構(gòu)整體傾覆穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。且類(lèi)似混凝土曲線橋梁，若驗(yàn)算不足，可采用加大邊孔跨徑或設(shè)置梁端壓重、拉拔支座等有效措施。

在施工階段，受施工工序及臨時(shí)支撐等影響，鋼混組合小半徑曲線橋梁應(yīng)高度重視抗傾覆的穩(wěn)定問(wèn)題。該橋設(shè)計(jì)采用在左、右主梁設(shè)臨時(shí)支墩架設(shè)拼接后，隨即施工橫梁形成整體骨架，再?gòu)较蛴蓛?nèi)向外施工護(hù)欄及橋面鋪裝，以提高結(jié)構(gòu)在施工階段過(guò)程中的傾覆穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

（1）中小跨徑鋼混組合連續(xù)梁橋，在采用合理尺寸及配筋有效控制負(fù)彎矩區(qū)裂縫寬度時(shí)，可不必在負(fù)彎矩區(qū)施加壓應(yīng)力以抵抗負(fù)彎矩；

（2）橋面板縱向分段澆筑施工利于減小跨中鋼梁頂板應(yīng)力，但對(duì)負(fù)彎矩影響不大；

（3）鋼混組合連續(xù)梁橋應(yīng)高度重視負(fù)彎矩區(qū)鋼梁底板及正彎矩區(qū)鋼梁頂板翼緣受壓的局部穩(wěn)定問(wèn)題，并重視橋梁曲線段在施工階段的抗傾覆問(wèn)題。